特許 7311107 切り替え可能駆動システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-10

(45)【発行日】2023-07-19

(54)【発明の名称】切り替え可能駆動システム

(51)【国際特許分類】

   F16D 9/00 20060101AFI20230711BHJP

   F16D 25/04 20060101ALI20230711BHJP

   F16D 25/12 20060101ALI20230711BHJP

   B60L 3/04 20060101ALI20230711BHJP

【ＦＩ】

F16D9/00 300

F16D25/04 C

F16D25/12 E

B60L3/04 Z

【請求項の数】 9

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2018071283

(22)【出願日】2018-04-03

(65)【公開番号】P2018179294

(43)【公開日】2018-11-15

【審査請求日】2021-03-02

(31)【優先権主張番号】1752863

(32)【優先日】2017-04-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】313011906

【氏名又は名称】アルストム トランスポート テクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】ロブ ジル

(72)【発明者】

【氏名】ペロー ジャン－フランソワ

【審査官】西藤 直人

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５３－１４３８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２０８４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０１９５１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｄ ９／００－９／１０

Ｆ１６Ｄ ２５／００－２５／１２

Ｂ６０Ｌ ３／００－３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能なシャフト（１６）を備える電気モータと、前記電気モータの前記シャフト（１６）を回転装置に接続するように構成されたトルク伝達システム（１２）とを備える、回転装置用の駆動システム（１０）であって、
前記トルク伝達システム（１２）は、
前記シャフトを受けるための導管を画定する内面（２２）を有するスリーブ（２０）であって、前記スリーブ（２０）は、前記回転装置へ結合されるように構成されており、
前記スリーブ（２０）内に画定され、排出ポート（３２）によって前記スリーブ（２０）の外に通じる環状のチャンバ（２８）であって、前記チャンバ（２８）は、流体を収容し、
前記チャンバ（２８）外への流体の流れを遮断可能な、前記排出ポートを封止するための封止要素（３４）と、
を備え、
前記トルク伝達システム（１２）の把持構成において、前記トルク伝達システム（１２）が前記シャフト（１６）から前記回転装置へトルクを伝達するように、前記スリーブ（２０）に対する前記シャフト（１６）の回転を防ぐよう、前記導管の前記内面（２２）を前記シャフト（１６）に押圧させるように、前記チャンバ（２８）内に収容された前記流体は、加圧され、
前記トルク伝達システム（１２）の解除構成において、前記スリーブ（２０）に対する前記シャフト（１６）の回転を自由にするよう、前記内面（２２）が前記シャフト（１６）への圧力をかけないよう、前記封止要素（３４）は、前記チャンバ（２８）の外への前記流体の流を遮断せず、
前記トルク伝達システム（１２）は、前記電気モータの内部温度が所定の閾値温度を超えた場合、前記トルク伝達システム（１２）を前記把持構成から前記解除構成へ切り替えるのに適した切り替えデバイス（３６）を備え、
前記切り替えデバイス（３６）は、ジャッキ（４０）と剪断工具とを備え、
前記ジャッキ（４０）は、前記トルク伝達システム（１２）の前記把持構成において前記電気モータの前記内部温度が前記所定の閾値を超えた場合、前記スリーブ（２０）により回転させられる前記封止要素（３４）の軌道上に、前記剪断工具を移動させるように構成されている、
ことを特徴とする、
駆動システム（１０）。

【請求項2】

前記切り替えデバイス（３６）は、前記ジャッキ（４０）の移動量を減らす関節アーム（４２）を備え、前記関節アーム（４２）の一端（４６）が前記剪断工具を担持又は構成している、請求項１に記載の駆動システム（１０）。

【請求項3】

前記ジャッキ（４０）は、前記電気モータの内部空間に配置されたサーモスタット式ジャッキである、請求項１又は請求項２に記載の駆動システム（１０）。

【請求項4】

前記切り替えデバイス（３６）は、前記電気モータの内部空間に配置された温度センサを備え、
前記温度センサは、前記ジャッキ（４０）による前記剪断工具の移動を制御する、
請求項１又は請求項２に記載の駆動システム（１０）。

【請求項5】

前記スリーブ（２０）は、前記導管内に配置された少なくとも１つの回転ベアリング（４８）を備え、
前記回転ベアリング（４８）の各々は、前記スリーブ（２０）の前記内面（２２）に当接するように配置された外輪と、前記シャフト（１６）に当接するように配置された内輪とを備える、
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の駆動システム（１０）。

【請求項6】

少なくとも１つの車輪と、
請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の、少なくとも１つの駆動システムと、
を備える、鉄道車両であって、
前記トルク伝達システム（１２）が前記把持構成において前記シャフト（１６）から前記車輪へトルクを伝達するよう、前記電気モータの前記シャフト（１６）は、前記導管内に受容され、前記スリーブは、前記車輪の伝達装置に結合される、
鉄道車両。

【請求項7】

請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の駆動システム（１０）のトルク伝達システム（１２）の切り替え方法であって、
前記電気モータの前記内部温度を所定の閾値より上へ上昇させ、
前記切り替えデバイス（３６）によって前記トルク伝達システム（１２）を前記把持構成から前記解除構成に向けて切り替え、
加圧された前記流体を前記チャンバ（２８）の外側へ流し、かつ前記導管の前記内面（２２）を前記シャフト（１６）から離し、
前記スリーブ（２０）に対して前記シャフト（１６）を自由に相対回転させる、
ステップを含む、方法。

【請求項8】

前記切り替えステップは、
前記ジャッキ（４０）によって前記剪断工具を前記封止要素（３４）の前記軌道上に移動させ、
前記封止要素（３４）が前記チャンバ（２８）の外への前記流体の流を遮断しないよう、前記剪断工具によって前記封止要素（３４）を破壊する、
ステップを含む、請求項７に記載の切り替え方法。

【請求項9】

前記スリーブ（２０）に対する前記シャフト（１６）の前記自由な相対回転が、前記導管内に配置された少なくとも１つの回転ベアリング（４８）上で発生する、請求項７又は請求項８に記載の切り替え方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転可能シャフトを備える電気モータと、モータのシャフトを回転装置に接続するように構成されたトルク伝達システムとを備える、回転装置用の駆動システムに関する。

【背景技術】

【0002】

この伝達システムは、シャフトを受けるための導管を画定する内面を有するスリーブであって、回転装置へ結合されるように構成されたスリーブと、スリーブ内に画定され、排出ポートによってスリーブの外に通じる環状チャンバであって、流体を収容するチャンバと、チャンバ外への流体の流れを遮断可能な、排出ポートを封止するための要素と、を備え、
伝達システムの把持構成において、伝達システムがシャフトから回転装置へトルクを伝達するように、スリーブに対する前記シャフトの回転を防ぐよう、導管の内面をシャフトに押圧させるように、チャンバ内に収容された流体は加圧され、
伝達システムの解除構成において、スリーブに対する前記シャフトの回転を自由にするよう、内面がシャフトへの圧力をかけないよう、封止要素は、チャンバの外への流体の流を遮断しない。

【0003】

そのような駆動システムは、例えば特に鉄道車両において、回転機械すなわち車両の車輪を動作させるために使用される。

【0004】

モータから回転装置へ運動を伝達することに加え、トルク伝達システムは、伝達トルクのリミッタとして機能するように構成可能である。この場合、伝達トルクが閾値を超えると、内側導管に対してシャフトのスリップが生じる。スリップによって封止要素が剪断破壊し、チャンバを空にする。そうして導管内のシャフトが自由に回転するようになり、回転装置へのトルクはもはや伝達されなくなる。

【0005】

この種の装置は、鉄道車両において伝達トルクが決められた閾値を超えると、モータを車輪への伝達装置から切り離して、事故の際の伝達装置への損傷を最小化することを可能とする。

【0006】

ただし、これらの装置には、改善の余地がある。実際に鉄道車両の場合には、過度の伝達トルク以外の偶発的原因によって、車輪からモータ及び伝達装置を切り離す事が必要な場合がある。

【0007】

具体的には、電気モータが内部空間で短絡して巻線に電気アークを発生させ得る場合がこれに該当する。この電気アークは過熱をもたらし、モータを自動停止させる。ただし、それでもシャフトは車輪の回転で駆動され、自由回転する。シャフトの回転、したがってロータの回転は、電気アークを出し続け、それがモータに重大な損傷を与える可能性がある。

【0008】

そのような短絡は、車輪への過度なトルク伝達を起こさないので、モータの切り離しは起きない。したがって、車輪の回転によって電気アークの形成が継続する短絡時に、モータを保護する装置を提供することが望まれる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

したがって本発明の１つの目的は、モータに過熱が生じたときに、シャフトの機械的な切り離しを確実に行う駆動システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

そのために、本発明は、上記のタイプの駆動システムに関し、電気モータの内部温度が所定の閾値温度を超えた場合、伝達システムが伝達システムの把持構成から解除構成への切り替えに適した切り替えデバイスを備える。

【0011】

そのようなシステムは、モータが過熱した場合に回転装置のモータからシャフトを切り離して、回転装置の回転が逆にシャフトに伝達されないようにする。

【0012】

特定の実施形態によれば、本発明による駆動システムは一つ又は複数の以下の特徴を、単独又は技術的に可能な任意の組み合わせによって含む。
－切り替えデバイスがジャッキと剪断工具を備え、ジャッキは、電気モータの内部温度が所定の閾値を超えた場合、伝達システムの把持構成において、スリーブにより回転させられる封止要素の軌道上に、剪断工具を移動させるように構成されている。
－切り替えデバイスは、ジャッキの移動量を減少させる関節アームを備え、アームの一端が剪断工具を担持又は構成している。
－ジャッキは、電気モータの内部空間に配置されたサーモスタット式のジャッキである。
－切り替えデバイスは、電気モータの内部空間に配置された温度センサを備え、温度センサは、ジャッキによる剪断工具の移動を制御する。
－スリーブは、導管内に配置された少なくとも１つの回転ベアリングを備える。回転ベアリングは、スリーブの内面に当接するように配置された外輪と、シャフトに当接するように配置された内輪とを備える。

【0013】

本発明は、少なくとも１つの車輪と、上記の少なくとも１つの駆動システムと、を備える鉄道車両に関する。電気モータのシャフトは、導管内に受容され、スリーブは、車輪の伝達装置に結合されて、伝達システムは、把持構成においてシャフトから車輪へトルクを伝達するようになっている。

【0014】

本発明は、さらに、上記の駆動システムのトルク伝達システムの切り替え方法に関し、これは次のステップを含む。
－電気モータ内部の温度を所定の閾値より上へ上昇させるステップ。
－切り替えデバイスによって、伝達システムを把持構成から解除構成に向けて切り替えるステップ。
－加圧流体をチャンバの外側へ流し、かつ導管の内面をシャフトから離すステップ。
－スリーブに対してシャフトを自由に相対回転させるステップ。

【0015】

特定の実施形態によれば、本発明による方法は一つ又は複数の以下の特徴を、単独又は技術的に可能な任意の組み合わせによって含む。
－切り替えステップが、ジャッキによって剪断工具を封止要素の軌道を越えて移動させるステップと、剪断工具によって封止要素を破壊し、封止要素がチャンバの外への流体流を遮断しないようにするステップと、を含む。
－スリーブに対するシャフトの自由な相対回転が、導管内に配置された少なくとも１つの回転ベアリング上で発生する。

【0016】

本発明は、添付の図面を参照して、単なる例として提供される以下の説明を読むことでよりよく理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明による駆動システムの斜視図である。

【図2】シャフトと回転装置が切り離されているときの、図１のシステムの斜視図である。

【図3】切り離された後の、図１及び図２の装置の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

回転装置（図示せず）用の駆動システム１０が、図１～図３に部分的に示されている。駆動システム１０は、電気モータと伝達システム１２を備えている。回転装置は例えば鉄道車両の車輪の伝達装置、又は鉄道車両の別の回転要素である。

【0019】

電気モータは、それ自体周知のように内部空間に配置されたロータとステータ（図示せず）を備えている。内部空間は、例えばフランジ１４で閉鎖された金属骨格で区切られている。

【0020】

ロータは、骨格に対して回転可能な、シャフト１６によって支持されている。シャフト１６は、フランジ１４の開口を介して、骨格の外側へ延在している。シャフト１６は、ロータとステータの相互作用によって回転するように設定されている。

【0021】

伝達システム１２は、例えば鉄道車両を動かすために、トルクをシャフト１６から回転装置へ伝達することを目的として、モータのシャフト１６を回転装置に機械的に接続するように構成されている。

【0022】

そのために伝達システム１２は、シャフト１６を受けるための導管を画定する内面２２を有するスリーブ２０を備えている。スリーブ２０は、また、モータの反対側に、回転装置に機械的に接続するように構成された端部２４を有する。

【0023】

この端部２４には、例えば鉄道車両の車輪の伝達装置の締結手段を受けるための開口２６を有するフランジが形成されている。

【0024】

こうして伝達システム１２が、スリーブ２０から回転装置へ回転を伝達する。

【0025】

伝達システムは、スリーブ２０で画定された内部管状チャンバ２８を備え、例えば油の流体を含む。チャンバ２８は、シャフト１６を受ける導管の全周に亘って延在する。

【0026】

チャンバ２８は、スリーブ２０の外壁に開口する排出ポート３２を末端とする通路３０を介してスリーブ２０の外側に通じている。

【0027】

チャンバ２８と内面２２を分離するスリーブ２０の材料の厚さは小さく、チャンバ２８に含まれる流体からの圧力の影響で内面２２が変形可能である。例えば、チャンバ２８と内面２２とを分離している厚さは５ｍｍ以下である。

【0028】

伝達システム１２は、内面２２がシャフト１６を押す、図１に示す把持構成を取ることができる。内面２２は半径方向の圧力をシャフト１６にかけて、スリーブ２０に対するシャフト１６の回転を防ぐ。そうして伝達システム１２がシャフト１６から回転装置へトルクを伝達するようにする。したがってスリーブ２０は把持構成においてフランジ１４に対して回転可能である。

【0029】

把持構成において、排出ポート３２は、チャンバ２８内の流体を遮断する封止要素３４で栓をされている。把持構成において流体は加圧される。そして、封止要素は、流体のチャンバ２８外への流れを遮断できる。そうしてチャンバ２８内の流体内圧が内壁２２を変形し、それがシャフト１６を押し付ける。つまり、チャンバ２８に加圧流体があるとき、チャンバは内壁２２の内径を縮めるように構成されている。

【0030】

伝達システム１２の把持構成において、封止要素３４は、フランジ１４に対する回転時にスリーブ２０に固定され、実質的に円形の軌道を取る。つまり、封止要素３４は、スリーブ２０が回転すると円に沿って移動する。

【0031】

伝達システム１２は、電気モータの内部温度が所定の閾値温度を超えると、伝達システム１２の把持構成から解除構成への切り替えに適した切り替えデバイス３６を備える。

【0032】

電気モータの温度は、例えば内部空間における電気アークの形成によって上昇する。所定の閾値温度は、例えば１２０℃～２８０℃の間に含まれる。

【0033】

図１～図３に示す一実施形態によれば、切り替えデバイス３６は、ジャッキ４０と関節アーム４２を備える。アーム４２は、第１の端部でフランジ１４に結合されたフォーク４４に関節接合されている。また自由端４６を有し、それが剪断工具を構成している。アーム４２は、シャフト１６の回転軸に垂直な軸を中心にしてフォーク４４に対して関節運動する。ジャッキがフォーク４４と自由端４６との間でアーム４２に接触する。自由端４６の移動はジャッキ４０の移動量に比例し、アーム４２がフォーク４４の周りを関節運動することでジャッキ４０の移動量を低減する。

【0034】

電気モータの内部温度が所定の閾値を超えた場合、ジャッキ４０は、この自由端４６を封止要素３４の軌道を越えて移動させるように構成されている。

【0035】

このジャッキ４０は、例えば電気モータの内部空間に配置された温度ジャッキであって、その移動量は、内部空間の温度に依存する。

【0036】

自由端４６が封止要素３４の軌道上に配置されると、封止要素が自由端４６と衝突して、図２に示すように剪断によって破壊される。「破壊される」ということは、封止要素３４が不可逆的に変形され、及び／又は排出ポート３２から分離されて、流体のチャンバ２８外への流れをもはや遮断しなくなる。圧力の影響で流体は、排出ポート３２を通って流れ、これによって伝達システム１２が解除構成に切り替えられる。

【0037】

伝達システム１２の解除構成が図３に示されている。解除構成では、内面２２は、もはやチャンバ２８内の流体圧力によって変形されておらず、したがってシャフト１６から離れているか、あるいはスリーブ２０内でのシャフトの回転を防ぐほどの圧力なしでシャフト１６に当接しており、スリーブ２０に対してシャフト１６は、自由に回転できるようになっている。そうして伝達システム１２はシャフト１６からのトルクを回転装置にはもはや伝達せず、また回転装置からシャフト１６への回転ももはや伝達しない。すなわち、解除構成における内面２２の直径は、把持構成における内面２２の直径以上であり、内面２２がシャフト１６へ径方向の圧力をかけることはない。

【0038】

有利なことに、スリーブ２０は、内部導管に配置された少なくとも１つの回転ベアリング４８、一例では２つの回転ベアリング４８を備える。各回転ベアリング４８は、シャフト１６へ当接するように配置された内輪と、内面２２に当接するように配置された外輪とを備え、これらが複数の回転ビーズで離間されている。こうして、解除構成においてはシャフト１６とスリーブ２０に対して車輪の自由回転が回転ベアリング４８上で行われ、これにより損傷リスクが軽減される。

【0039】

伝達システム１０はこのように、モータから鉄道車両の車輪の伝達装置へトルクを伝達する把持構成から、車輪からモータのシャフト１６へ回転を伝達しない解除構成へ移ることが可能である。この切り替えは、例えば電気アークの形成から生じる、内部空間での温度上昇の効果により起きる。シャフト１６と車輪の伝達装置との間の機械的切り離しにより、シャフト１６の回転を止め、したがってモータのロータの回転を止めて電気アークが継続しないようにできる。

【0040】

図示されていない第１の代替例によれば、アーム４２は、自由端４６が剪断工具として作用するのではなく、その自由端４６に特殊な剪断工具を有している。

【0041】

図示されていない別の代替例によれば、ジャッキ４０は、サーモスタット式ジャッキではなく、電気モータの内部空間の外に配置されている。そうして切り替えデバイス３６が電気モータの内部空間に温度センサを持ち、それがジャッキ４０に接続されてジャッキ４０の移動量を制御する。

【0042】

図示されていない別の代替例によれば、切り替えデバイス３６は、フォーク４４の周りに関節接続されたアーム４２を備えるのではなく、剪断工具がジャッキ４０に直接結合されている。

【0043】

図示されていない代替例によれば、ジャッキ４０は、一端がフランジ１４に接続され、第２の端部がアーム４２に接続されたばねで置き換えられる。このばねが、第２の端部に接続された可融ワイヤによって圧縮状態に保持される。可融ワイヤは部分的にモータの内部空間に延在し、モータの内部空間の温度上昇で可融ワイヤが破壊されるようになっている。そうしてばねが解放されてアーム４２を移動させ、自由端４６を封止要素３４の軌道上に配置する。

【図1】

【図2】

【図3】